KR20110044122A

KR20110044122A - 능동 렌즈 및 이를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20110044122A
Application number: KR1020100012032A
Authority: KR
Inventors: 차승남; 김선일; 장재은; 문용권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2011-04-28
Also published as: JP2011090305A; JP5711499B2; KR101632315B1

Abstract

능동 렌즈 및 이를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 능동 렌즈는 제1 나노전극부가 형성된 제1기판; 상기 제1 나노전극부와 마주하는 제2 나노전극부가 형성된 제2기판; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련된 액정층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 상기 액정층을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성한다.

Description

능동 렌즈 및 이를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치{Active lens and stereoscopic image display apparatus employing the same}

본 개시는 능동 렌즈 및 이를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 액정의 동작을 전기적으로 조절하여 광학 렌즈로 응용하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

액정 분자는 전기장 내에서 전기장의 방향을 따라 정렬되는 성질을 갖는데, 액정 분자의 장축 방향의 굴절률과 단축 방향의 굴절률이 일반적으로 서로 다르기 때문에 액정 분자의 정렬 상태에 따라 다양한 굴절률 분포를 갖게 된다. 특히, 정렬된 액정 분자에 의해 굴절률이 서로 달라지는 경계가 곡률을 가지는 경우, 투과되는 광을 굴절시키는 굴절력을 나타내며, 렌즈의 역할을 하게 된다.

탄소나노튜브(Carbon nanotube)는 탄소원자가 만드는 나노 크기 직경을 가지는 원통형의 결정이다. 탄소나노튜브는 원통을 이루는 면의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브로 구분되며, 직경이나 원통면의 구조에 따라 전기적 특성이 도체 또는 반도체 등 다양한 성질을 나타내므로, 차세대 신소재로 각광받고 있는데, 기존의 소재에 비해 탁월한 특성을 나타내기 때문에 반도체 소자, 이차전지 전극, 센서, 전자방출소자, 슈퍼 캐패시터 등에서 활발한 응용이 기대되고 있다.

이러한 탄소나노튜브는 특히, 전계 효과를 극대화시킬 수 있다는 점에서, 전기장에 의해 제어되는 액정 광학 렌즈에 응용될 것이 기대된다.

본 개시는 굴절력 등의 광학적 특성이 조절되는 능동 렌즈 및 이를 이용한 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하고자 한다

제1 나노전극부가 형성된 제1기판; 상기 제1 나노전극부와 마주하는 제2 나노전극부가 형성된 제2기판; 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련된 액정층;을 포함하며, 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 상기 액정층을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성하는 능동 렌즈가 제공된다.

상기 제1 나노전극부는 하나 또는 복수의 나노구조체를 포함하며, 상기 제2 나노전극부는 하나 또는 복수의 나노구조체를 포함한다.

상기 제1 및 제2 나노전극부는, 상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체 각각이 하나씩 서로 대응하며 하나 또는 복수의 렌즈셀을 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체 각각이 서로 일직선으로 마주하게 배열될 수 있으며, 또는 상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체 각각이 서로 어긋나게 배열될 수 있다.

상기 제1 나노전극부는 수직 성장된 복수의 나노구조체를 포함하고, 상기 제2 나노전극부는 각각이 수직 성장된 복수의 나노구조체로 이루어진 복수의 나노전극 그룹을 포함하며, 상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노전극 그룹이 하나씩 서로 대응하며 복수의 렌즈 셀을 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 나노전극 그룹 각각을 이루는 복수의 나노구조체에는 대응하는 렌즈 셀의 지향성이 조절되도록 선택적으로 전압이 인가될 수 있다.

상기 복수의 나노전극 그룹 각각을 이루는 나노구조체에 전압을 인가함에 있어서, 상기 대응하는 렌즈 셀의 지향성이 시순차적으로 바뀌도록 제어하는 제어부가 더 구비될 수 있다.

상기 복수의 나노전극 그룹 각각은, 상기 제1 나노전극부의 나노구조체 중 하나와 일직선으로 마주하게 배치된 중앙 나노구조체와, 상기 중앙 나노구조체를 주위에서 둘러싼 복수의 나노구조체로 이루어질 수 있다.

상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 탄소나노튜브, 골드 나노와이어, ZnO 나노와이어, Si 나노와이어 중 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 나노월(nano wall) 형태 또는 핀(fin) 형태를 가질 수 있다.

또한, 서로 다른 시점(view point)의 복수의 영상이 시순차 디스플레이되는 디스플레이 패널; 제1 나노전극부가 형성된 제1기판, 상기 제1 나노전극부와 마주하는 제2 나노전극부가 형성된 제2기판 및 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련된 액정층을 포함하며, 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 상기 액정층을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성하는 능동 렌즈; 상기 능동 렌즈의 지향성이 상기 디스플레이 패널의 시순차 구동에 동기되어 상기 복수의 영상 각각에 대응되는 시역을 향해 변하도록 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 제1 및 제2 나노전극부는 각각 복수의 나노구조체를 포함하며, 상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각이 하나씩 서로 대응하며 복수의 렌즈셀을 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각이 서로 마주하게 배열될 수 있다.

상기 제1 나노전극부는 수직 성장된 복수의 나노구조체를 포함하고, 상기 제2 나노전극부는 각각이 수직 성장된 복수의 나노구조체로 이루어진 복수의 나노전극 그룹을 포함하며, 상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노전극 그룹 중 일부 나노구조체가 서로 대응하며 지향성 있는 복수의 렌즈 셀을 형성할 수 있다.

상기 복수의 나노전극 그룹 각각은 상기 제1 나노전극부의 나노구조체 중 하나와 일직선으로 마주하게 배치된 중앙 나노구조체와, 상기 중앙 나노구조체를 주위에서 둘러싼 복수의 나노구조체로 이루어질 수 있다.

상기 능동 렌즈는 전계 효과가 뛰어난 나노구조체를 전극부로 이용하여 전기장을 형성하며 액정 분자의 정렬을 제어하므로, 렌즈 구동을 위한 구동 전압을 현격히 낮출 수 있다.

또한, 복수의 나노구조체를 채용하여 나노 전극부를 구성함으로써 복수의 렌즈 셀 어레이가 용이하게 구성될 수 있으며, 마주하는 나노 전극부의 나노구조체를 적절히 선택하여 전압을 인가함으로써, 렌즈 셀의 지향성, 굴절력을 다양하게 조절할 수 있다.

이러한 능동 렌즈를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치는 능동 렌즈의 지향성을 시순차 제어함으로써, 패널 해상도를 유지하며 입체 영상을 구현할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 능동 렌즈의 개략적인 구성을 보인다.
도 2는 전기장 분포에 따라 도 1의 능동 렌즈가 형성하는 등가의 렌즈면을 예시적으로 설명하는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각, 도 1의 능동 렌즈에 인가 전압을 달리한 경우에 대해, 전기장 분포 및 이에 따라 형성된 등가의 렌즈면을 보인다.
도 4는 다른 실시예에 의한 능동 렌즈의 개략적인 구성을 보인다.
도 5는 전기장 분포에 따라 도 1의 능동 렌즈가 형성하는 등가의 렌즈면을 예시적으로 설명하는 개념도이다.
도 6은 다른 실시예에 의한 능동 렌즈의 개략적인 구성을 보인다.
도 7은 도 6의 나노전극 그룹의 구성을 구체적으로 예시한 부분 사시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6의 나노전극 그룹에 인가되는 전압에 따라 형성되는 다양한 등가 렌즈면들을 보인다.
도 9는 실시예에 의한 입체 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 10은 도 9의 입체 영상 디스플레이 장치에 채용되는 능동렌즈와 화소간 대응관계를 예시적으로 보이며, 능동 렌즈에 인가된 전압에 따라 전산 모사된 전기장 분포를 보인다.
도 11a 및 도 11b 각각은 도 9의 입체 영상 디스플레이 장치에서 우안용 영상 및 좌안용 영상이 각각 우안 및 좌안에 시순차 디스플레이 되는 것을 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300...능동 렌즈 110, 310...제1기판
140,340...제1 나노전극부 190, 390...제2기판
142, 162, 342, 361~369...나노구조체
150, 350...액정층 155, 157, 355, 356, 357...등가 렌즈면
160, 360...제2 나노전극부 120, 180...투명전극층
400...디스플레이 패널 500...제어부
600...입체 영상 디스플레이 장치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 능동 렌즈(100)의 개략적인 구성을 보인다. 도면을 참조하면, 능동 렌즈(100)는 제1 나노전극부(140)가 형성된 제1기판(110), 제1 나노전극부(140)와 마주하는 제2 나노전극부(160)가 형성된 제2기판(190), 제1기판(110)과 제2기판(190) 사이에 마련된 액정층(150)을 포함한다.

능동 렌즈(100)는 제1 및 제2 나노전극부(140, 160)에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 액정층(150)을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성하게 된다.

제1 및 제2 나노전극부(140, 160)는 각각 적어도 하나의 나노구조체(142, 162)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 나노구조체로는 탄소나노튜브(carbon nanotube)가 채용될 수 있다. 탄소나노튜브는 탄소 원자가 만드는 나노 크기 직경을 가지는 원통형의 결정으로, 직경이나 원통면의 구조에 따라 전기적 특성이 도체 또는 반도체 등 다양한 성질을 나타내는 소재이다. 탄소나노튜브는 전기 방전법, 레이저 증착법, 열 화학기상증착법(thermal Chemical Vapor Deposition, thermal CVD), 촉매 화학기상증착법(Catalytic CVD), 플라즈마 기상증착법(Plasma Enhance CVD) 등의 일반적으로 알려진 방법에 따라 합성될 수 있다. 탄소나노튜브는 원통을 이루는 면의 개수에 따라 구분되는 단일벽 탄소나노튜브(single wall CNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall CNT)의 형태로 성장될 수 있다. 실시예에서, 탄소나노튜브는 전계 효과를 높이기 위해, 즉, 작은 인가 전압에 의해 큰 전기장을 형성하기 위해 도입된 것이므로, 전도성이 보다 높은 다중벽 탄소나노튜브 형태가 채용될 수 있다.

또한, 나노구조체(142,162)로, 종횡비가 높은 구조를 가지며 도체나 반도체 재질로 된 나노와이어가 채용될 수 있다. 예를 들어, 골드 나노와이어, ZnO 나노와이어, Si 나노와이어 등이 채용될 수 있다. 또한, 나노구조체(142,162)는 와이어 형상 뿐 아니라, 나노월(nano wall) 이나 핀(fin) 형태를 가질 수 있다.

제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2 나노전극부(160)의 나노구조체 (162) 각각이 하나씩 서로 대응하며 하나의 렌즈셀을 형성하도록 구성될 수 있다. 도시된 렌즈셀의 개수는 예시적인 것이며, 단지 하나의 렌즈셀이 형성되거나, 또는 이보다 많은 복수개의 렌즈셀이 형성되는 것이 가능하며, 렌즈셀의 1차원 어레이 또는 2차원 어레이로 형성되는 것도 가능하다. 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2 나노전극부(160)의 나노구조체 (162) 각각은 도시된 바와 같이, 서로 일직선으로 마주하게 배열될 수 있다.

제1 및 제2기판(110,190)은 투광성 소재로 형성되며, 제1 및 제2기판(110,190)의 일면에는 나노구조체(142,162)에 전압을 인가하기 위한 투명전극층(120,180)이 마련될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 액정층(150)의 초기 배향을 위한 배향막이 마련될 수도 있다.

도 2는 전기장 분포에 따라 도 1의 능동 렌즈(100)가 형성하는 등가의 렌즈면(155)을 예시적으로 설명하는 개념도이다. 능동 렌즈(100)는 전기장에 따라 정렬되는 액정 분자의 성질을 이용하여 굴절력을 형성한다. 액정층(150)을 이루는 액정 분자(미도시)는 장축 방향의 굴절률과 단축 방향의 굴절률이 서로 다른 성질을 갖는다. 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2 나노전극부(160)의 나노구조체(162)에 전압이 인가되어 도면에 점선의 전기력선으로 나타난 바와 같이, 액정층(150)내에 전기장이 형성되면, 액정 분자들은 전기장의 방향을 따라 정렬한다. 이 경우, 액정 분자의 종류에 따라, 액정 분자의 장축 방향이 전기장에 나란하게 (P형 액정) 또는 단축 방향이 전기장에 나란하게(N형 액정) 정렬된다. 이 때, 전기장내에 있는 모든 액정 분자가 전기장의 방향을 따라 정렬하는 것이 아니고, 일정한 크기 이상의 전기장 내에 있는 액정 분자들만이 전기장의 방향을 따라 정렬하게 되는데, 따라서, 액정층(150)을 이루는 액정 분자들은 전기장의 방향을 따라 정렬한 액정 분자들과 초기 상태를 유지하는 분자들로 나뉘어진다. 액정 분자의 굴절률은 장축 방향과 단축 방향에서 서로 다르기 때문에, 예를 들어, 전기장의 방향을 따라 정렬한 액정 분자들의 굴절률 n1이고, 그렇지 않은 액정 분자들의 굴절률은 n2로, 굴절률이 서로 다른 경계면을 형성하게 된다. 이 경계면의 형상은 전기장 분포에 따라 일정한 곡률을 가질 수 있으며, 굴절력을 형성하게 된다. 도시된 등가 렌즈면(155)의 형상은 예시적인 것이며, 전기장 분포에 따라 타원형, 구형을 포함하여, 다양한 형상을 가질 수 있다.

이상 설명한, 농동 렌즈(100)는 나노구조체(142,162)에 인가되는 전압을 조절하여 다양한 전기장 분포를 형성하고, 이에 따라 다양한 굴절력을 가지는 렌즈로 적용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 각각, 도 1의 능동 렌즈(100)의 나노구조체에 인가 전압을 달리한 경우에 대해, 전기장 분포 및 이에 따라 형성된 등가의 렌즈면을 보인다.

도면들을 참조하면, 각각 마주하는 위치의 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2 나노전극부(160)의 나노구조체(162)에는 서로 다른 전압이 인가되어 있다. 이는 도 2에 도시된 것과는 달리, 지향성 있는 등가 렌즈면을 구현하기 위한 것이다. 구체적으로, 도 3a를 참조하면, 제1 및 제2 나노전극부(140,160)의 복수의 나노구조체(142,162) 각각에 일방향(도면에서는 오른쪽 방향)을 따라 점차적으로 증가되는 전압이 인가된다. 이와 같은 형태로 전압이 인가될 때, 도면에 점선의 전기력선으로 표시된 바와 같은 전기장의 방향을 따라 액정층(150)의 액정 분자들이 정렬하게 된다. 도 2에서 설명한 것과 마찬가지로, 액정층(150)을 이루는 액정 분자들은 전기장의 방향을 따라 정렬한 액정 분자들과 초기 상태를 유지하는 분자들로 나뉘어지게 되고 이들의 경계면은 입사광의 광축을 변경할 수 있는 형태로 기울어진 등가렌즈면(153)을 형성하게 된다.

도 3b를 참조하면, 도 3a와는 반대 방향, 즉, 왼쪽 방향을 따라, 제1 및 제2 나노전극부(140,160)의 나노구조체(142,162)에 인가되는 전압이 증가되는 형태이다. 이러한 인가전압에 따라, 액정층(150) 내에 입사광의 광축을 오른쪽으로 변경할 수 있는 형태로 기울어진 등가렌즈면(154)이 형성되게 된다.

도 3a 및 도 3b에서, 제2 나노전극부(160)의 나노구조체(162)에 이와 마주하는 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)보다 높은 전압이 인가되어 있으며, 제1 및 제2나노전극부(140,160)의 나노구조체(142,162)에 인가되는 전압의 증가 방향을 변경함으로써 등가렌즈면의 지향성이 바뀌는 것으로 설명되고 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 동일한 등가렌즈면을 형성할 수 있는 다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 제1 및 제2나노전극부(140,160)의 나노구조체(142,162)에 인가되는 전압의 증가 방향은 일정하게 하면서, 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)에 마주하는 제2 나노전극부(160)의 나노구조체(162)보다 큰 전압이 인가되도록 인가 전압 크기를 변경함으로써, 형성되는 등가렌즈의 지향성을 바꿀 수 있다. 또한, 인접하는 나노구조체(142,162) 간의 인가 전압차는 5V로 일정하게 되어 있으나, 예시적인 것이며, 예를 들어, 이 간격을 조절함으로써 지향성이 조절될 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 의한 능동 렌즈(200)의 개략적인 구성을 보이며, 도 5는 도 4의 능동 렌즈(200)가 전기장 분포에 따라 형성하는 등가 렌즈면(157)을 예시적으로 설명하는 개념도이다. 본 실시예에서, 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2 나노전극부(160)의 나노구조체(162)들은 각각이 서로 어긋나게 배열되어 있다. 이러한 구성은 입사광의 광축을 변경하는 지향성 있는 렌즈면을 형성할 수 있도록 제안된다. 어긋나게 배치된 나노구조체(142,162)들에 인가된 전압에 따라 형성된 전기장 분포에 의해 전기장의 방향을 따라 정렬된 굴절률 n1의 액정 분자들과, 초기 배향상태를 유지하는 굴절률 n2의 액정 분자들의 경계면이 형성하는 등가 렌즈면(157)은 도 4에 도시된 바와 같이, 오른쪽으로 기울어진 형태가 된다.

도 6은 다른 실시예에 의한 능동 렌즈(300)의 개략적인 구성을 보이며, 도 7은 도 4의 나노전극 그룹(G)의 구성을 구체적으로 예시한 부분 사시도이다. 능동 렌즈(300)는 제1 나노전극부(340)가 형성된 제1기판(310), 제1 나노전극부(340)와 마주하는 제2 나노전극부(360)가 형성된 제2기판(190), 제1기판(310)과 제2기판(390) 사이에 마련된 액정층(350)을 포함한다.

제1 나노전극부(340)는 수직 성장된 복수의 나노구조체(342)를 포함하고, 제2 나노전극부(360)는 복수의 나노전극 그룹(G)을 포함한다. 복수의 나노전극 그룹(G) 각각은 수직 성장된 복수의 나노구조체(361-369)로 이루어진다. 이와 같은 구성은 지향성이 조절되는 렌즈셀 어레이를 형성할 수 있도록 제안된다. 제1 나노전극부(340)의 복수의 나노구조체(342)와 상기 제2 나노전극부(360)의 복수의 나노전극 그룹(G)이 하나씩 서로 대응하며 복수의 렌즈 셀을 형성하게 되는데, 이 경우, 나노전극 그룹(G)에 포함된 일부 나노구조체에만 전압이 인가되게 하여 일방향으로 기울어진 형태의 등가 렌즈면을 형성할 수 있다.

제1기판 및 제2기판(310,390)은 투광성 소재로 형성되며, 제1기판(310)의 일면에는 나노구조체(342)에 전압을 인가하기 위한 투명전극층(320)이 마련될 수 있고, 제2기판(390)의 일면에는 나노전극 그룹(G)을 이루는 개개의 나노구조체 (361~369)에 개별적으로 전압을 인가하기 위한 TFT층(380)이 마련될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 액정층(350)의 초기 배향을 위한 배향막이 마련될 수 있다.

도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 나노전극 그룹(G)은 제1 나노전극부(340)의 나노구조체(342) 중 하나와 일직선으로 마주하게 배치된 중앙 나노구조체와(361), 중앙 나노구조체(361)를 주위에서 전, 후, 좌, 우로 둘러싼 복수의 나노구조체(362~369)를 포함한다. 나노전극 그룹(G)의 나노구조체(361~369) 배열은 예시적인 것이며, 일부의 나노구조체에 선택적으로 전압을 인가함에 따라 렌즈면의 지향성을 바꿀 수 있는 다양한 배열이 채택될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 나노전극 그룹(G)에 인가되는 전압에 따라 형성되는 다양한 등가 렌즈면들을 보인다.

도 8a는 제1 나노전극부(340)의 나노구조체(342)와, 이에 마주하는 제2 나노전극부(360)의 나노전극 그룹(G)의 나노구조체 중, 중앙 나노구조체(361)에 전압이 인가된 경우이다. 이 경우, 전기장 분포에 따라 형성되는 등가 렌즈면(355)은 상하 대칭적인 형태이므로 제1기판(310) 면에 수직인 광축을 가지며 제1기판(310) 쪽으로부터 입사되는 입사광의 광축을 변경시키지 않는 형태가 된다.

도 8b는 제1 나노전극부(340)의 나노구조체(342)와, 이에 마주하는 제2 나노전극부(360)의 나노전극 그룹(G)의 나노구조체 중, 중앙 탄소 나노구조체(361)의 좌측에 마련된 나노구조체(362)에 전압이 인가된 경우이다. 이러한 인가 전압 구조에 따라 형성된 전기장 분포는, 도시된 바와 같이 왼쪽으로 기울어진 형태의 등가 렌즈면(356)을 형성한다. 이러한 형태의 등가 렌즈면(356)은 제1기판(310) 면에 수직인 광축을 가지며 입사되는 입사광의 광축을 오른쪽으로 변경시키는 지향성을 갖게 된다.

도 8c는 제1 나노전극부(340)의 나노구조체(342)와, 이에 마주하는 제2 나노전극부(360)의 나노전극 그룹(G)의 나노구조체 중, 중앙 나노구조체(361)의 우측에 마련된 나노구조체(366)에 전압이 인가된 경우이다. 이러한 인가 전압 구조에 따라 형성된 전기장 분포는, 도시된 바와 같이 오른쪽으로 기울어진 형태의 등가 렌즈면(356)을 형성한다. 이러한 형태의 등가 렌즈면(356)은 제1기판(310) 면에 수직인 광축을 가지며 입사되는 입사광의 광축을 왼쪽으로 변경시키는 지향성을 갖게 된다.

이와 같이, 나노전극 그룹(G)을 이루는 나노구조체의 일부를 선택하여, 전압을 인가함으로써, 대응하는 렌즈셀의 지향성을 조절할 수 있다. 지향성이 좌, 우로 바뀌는 경우만을 예시하였으나, 전, 후나 기타 방향을 향하도록 전압을 인가할 나노전극 그룹(G)의 나노구조체를 선택할 수 있으며, 하나 또는 복수의 나노구조체를 선택하는 것도 가능하다. 또한, 능동 렌즈(300)에 복수의 나노전극 그룹(G) 각각을 이루는 나노구조체에 전압을 인가함에 있어서, 대응하는 렌즈 셀의 지향성이 시순차적으로 바뀌도록 제어하는 제어부가 능동 렌즈(300)에 더 구비될 수 있다. 이러한 능동 렌즈는 입체 영상 디스플레이 장치에 채용될 수 있다.

도 9는 실시예에 의한 입체 영상 디스플레이 장치(600)의 개략적인 구성을 보인다. 입체 영상 디스플레이 장치(600)는 디스플레이 패널(400), 능동 렌즈(100), 제어부(500)를 포함한다.

디스플레이 패널(400)은 서로 다른 시점(view point)의 복수의 영상을 시순차적으로 디스플레이 한다. 예를 들어, 디스플레이 패널(400)은 양안시차(binocular parallax)를 갖는 좌안 영상과 우안 영상을 시순차적으로 디스플레이한다. 복수의 영상은 한 프레임의 영상을 형성하도록 대략, 사람의 눈의 깜박임 주기보다 짧은 주기로 디스플레이 될 수 있다.

능동 렌즈(100)는 제1 나노전극부(140)가 형성된 제1기판(110), 제1 나노전극부(140)와 마주하는 제2 나노전극부(160)가 형성된 제2기판(190), 제1기판(110)과 제2기판(190) 사이에 마련된 액정층(150)을 포함하며, 제1 및 제2 나노전극부(140,160)에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 액정층(150)을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성한다. 제1 및 제2 나노전극부(140,160)는 각각 복수의 나노구조체(142,162)를 포함한다. 제1 및 제2 나노전극부(140, 160)를 구성하는 나노구조체로 탄소나노튜브가 채용될 수 있으며, 또는 종횡비가 높은 구조를 가지며, 도체나 반도체 재질의 나노와이어가 채용될 수 있다. 예를 들어, 골드 나노와이어, ZnO 나노와이어, Si 나노와이어 등이 채용될 수 있다. 또한, 나노구조체(142,162)는 나노월(nano wall)이나 핀(fin) 형태로 형성될 수도 있다.

제어부(500)는 능동 렌즈(100)의 지향성이 디스플레이 패널(400)의 시순차 구동에 동기되어 복수의 영상 각각에 대응되는 시역을 향해 변하도록 제1 및 제2 나노전극부(140,160)에 인가되는 전압을 제어한다. 제어부(500)는 각각 마주하는 위치의 제1 나노전극부(140)의 나노구조체(142)와 제2나노전극부(160)의 나노구조체(162)에 서로 다른 전압을 인가할 수 있으며, 예를 들어, 도 3a나 도 3b에서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 나노전극부(140,160)의 나노구조체(142,162) 각각에 일방향을 따라 점차적으로 증가되는 크기의 전압을 인가할 수 있다. 또한. 디스플레이 패널(400)의 서브 화소에 대응하는 단위로 이러한 전압 분포 형태가 반복되도록 제어할 수 있다.

도 10은 도 9의 입체 영상 디스플레이 장치에 채용되는 능동렌즈와 화소간 대응관계를 예시적으로 보이며, 능동 렌즈에 인가된 전압에 따라 전산 모사된 전기장 분포를 보인다. 도면을 참조하면, 제1 및 제2나노전극부(140,160)의 나노구조체(142,162)에는 일방향으로 점차 증가되는 형태로 전압이 인가되며, 이러한 전압 분포 형태는 디스플레이 패널(400)에 일반적으로 채용되는 컬러 필터(CF)의 R, G, B 서브 화소에 대응하여 반복된다. 여기서, 각 서브 화소에 대응하는 영역에 포함되는 나노 구조체(142,162)의 개수는 예시적인 것이며, 해상도를 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 나노 구조체(142,162)에 표시된 바와 같이 전압이 인가될 때, 이에 의한 전기장 분포가 전기력선(E)으로 도시되어 있다. 이러한 전기력선(E)에 따라 액정층(150)을 이루는 액정 분자들의 배열에 의해 지향성있는 렌즈 어레이가 형성된다. R, G, B 서브 화소 각각 사이에는 블랙 매트릭스(BM)가 형성되어 있어, 지향성 렌즈 형성에 기여하지 않는 형태로 전기장이 분포하는 영역이 있어도, 이것이 전체적인 능동렌즈(100) 지향성에 거의 영향을 주지 않는다.

도 11a 및 도 11b 각각은 도 9의 입체 영상 디스플레이 장치(600)에서 우안용 영상 및 좌안용 영상이 각각 우안 및 좌안에 시순차 디스플레이 되는 것을 보인다. 도 10a를 참조하면, 디스플레이 패널(400)에 우안용 영상이 디스플레이 될 때, 능동 렌즈(100)는 디스플레이 패널(400)로부터 입사된 우안용 영상이 시청자의 우안(R)을 향하도록 하는 지향성을 갖도록 구동된다. 도 10b를 참조하면, 디스플레이 패널(400)에 좌안용 영상이 디스플레이 될 때, 능동렌즈(300)는 디스플레이 패널(400)로부터 입사된 좌안용 영상이 시청자의 좌안(L)을 향하도록 하는 지향성을 갖도록 구동된다. 이와 같이 양안 시차를 갖는 우안 영상과 좌안 영상의 시청자의 좌안, 우안에 분리 입사됨으로써, 시청자는 입체 영상을 인지하게 된다.

상술한 입체 영상 디스플레이 장치(600)는 입체 영상을 형성할 때, 예를 들어, 좌안용 영상이 우안을 향하거나, 우안용 영상이 좌안을 향하는 것을 차단하는 배리어(barrier) 구조를 사용하지 않기 때문에, 디스플레이 패널(400)의 해상도를 저감시키지 않고 입체 영상 형성이 가능하다. 상기 설명에서, 복수 시점의 영상으로 좌안 영상과 우안 영상을 예시하여 설명하였지만, 다시점(multi view) 입체 영상을 구현하는 것으로 확장되는 것도 가능하다. 즉, 여러 방향의 영상 정보를 디스플레이 패널(400)에서 시순차 디스플레이 하고, 이에 동기하여 능동 렌즈(100,300)의 지향성을 조절함으로써 다시점 입체 영상을 구현할 수 있다. 디스플레이 되는 시점 영상이 해당 시역 외에 다른 시역을 향하는 것을 차단하는 배리어 구조를 사용하는 경우, 시점 수의 증가에 따라 해상도는 급격히 저하되지만, 실시예의 경우 다시점 입체 영상을 구현하는 경우에도 해상도의 저감이 없다.

입체 영상 디스플레이 장치(600)는 도 1과 같은 구조의 능동 렌즈(100)를 채용하는 경우를 예시하여 설명하였지만, 도 4와 같은 구조의 능동 렌즈(200)나, 도 6과 같은 구조의 능동렌즈(300)을 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 6의 능동렌즈(300)가 채용되는 경우, 제어부(500)는 능동 렌즈(300)의 지향성이 디스플레이 패널(400)의 시순차 구동에 동기되어 복수의 영상 각각에 대응되는 시역을 향해 변하도록 제1 및 제2 나노전극부(340,360)에 인가되는 전압을 제어한다. 예를 들어, 제1 나노전극부(340)의 나노구조체(342)와, 이에 마주하는 제2 나노전극부(360)의 나노전극 그룹(G)의 나노구조체(361~366) 중 일부에 선택적으로 전압을 인가함으로써 디스플레이 패널(400)의 시점 영상이 해당 시역을 향하게 하여 입체 영상을 형성하게 된다.

이러한 능동 렌즈 및 이를 채용한 입체 영상 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

제1 나노전극부가 형성된 제1기판;
상기 제1 나노전극부와 마주하는 제2 나노전극부가 형성된 제2기판;
상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련된 액정층;을 포함하며,
상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 상기 액정층을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성하는 능동 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 나노전극부는 하나 또는 복수의 나노구조체를 포함하며,
상기 제2 나노전극부는 하나 또는 복수의 나노구조체를 포함하는 능동 렌즈.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부는,
상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체 각각이 하나씩 서로 대응하며 하나 또는 복수의 렌즈셀을 형성하도록 구성된 능동 렌즈.
제3항에 있어서,
상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각이 서로 마주하게 배열된 능동렌즈.
제4항에 있어서,
상기 각각 마주하는 위치의 상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체에는 서로 다른 전압이 인가되는 능동 렌즈.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각에 일방향을 따라 점차적으로 증가되는 전압이 인가되는 능동 렌즈.
제6항에 있어서,
상기 제1 나노전극부에서 인접하는 나노구조체 간의 인가 전압 차와 상기 제2 나노전극부에서 인접하는 나노구조체 간의 인가 전압차는 일정한 능동 렌즈.
제3항에 있어서,
상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 나노구조체 각각이 서로 어긋나게 배열된 능동 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 나노전극부는 복수의 나노구조체를 포함하고,
상기 제2 나노전극부는 각각이 복수의 나노구조체로 이루어진 복수의 나노전극 그룹을 포함하며,
상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노전극 그룹이 하나씩 서로 대응하며 복수의 렌즈 셀을 형성하도록 구성된 능동 렌즈.
제9항에 있어서,
상기 복수의 나노전극 그룹 각각을 이루는 복수의 나노구조체에는 대응하는 렌즈 셀의 지향성이 조절되도록 선택적으로 전압이 인가되는 능동 렌즈.
제10항에 있어서,
상기 복수의 나노전극 그룹 각각을 이루는 나노구조체에 전압을 인가함에 있어서, 상기 대응하는 렌즈 셀의 지향성이 시순차적으로 바뀌도록 제어하는 제어부가 더 구비되는 능동렌즈.
제9항에 있어서,
상기 복수의 나노전극 그룹 각각은
상기 제1 나노전극부의 나노구조체 중 하나와 일직선으로 마주하게 배치된 중앙 나노구조체와, 상기 중앙 나노구조체를 주위에서 둘러싼 복수의 나노구조체로 이루어지는 능동 렌즈.
제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 탄소나노튜브, 골드 나노와이어, ZnO 나노와이어, Si 나노와이어 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 능동 렌즈.
제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 나노월(nano wall) 또는 핀(fin) 형태를 갖는 능동 렌즈.
서로 다른 시점(view point)의 복수의 영상이 시순차 디스플레이되는 디스플레이 패널;
제1 나노전극부가 형성된 제1기판, 상기 제1 나노전극부와 마주하는 제2 나노전극부가 형성된 제2기판 및 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 마련된 액정층을 포함하며, 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장에 따라 상기 액정층을 이루는 액정 분자들이 정렬되어 굴절력을 형성하는 능동 렌즈;
상기 능동 렌즈의 지향성이 상기 디스플레이 패널의 시순차 구동에 동기되어 상기 복수의 영상 각각에 대응되는 시역을 향해 변하도록 상기 제1 및 제2 나노전극부에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부는 각각 복수의 나노구조체를 포함하며,
상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각이 하나씩 서로 대응하며 복수의 렌즈셀을 형성하도록 구성된 입체 영상 디스플레이 장치.
제16항에 있어서,
상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노구조체 각각이 서로 마주하게 배열된 입체 영상 디스플레이 장치.
제17항에 있어서,
상기 제어부는
상기 각각 마주하는 위치의 상기 제1 나노전극부의 나노구조체와 상기 제2나노전극부의 나노구조체에 서로 다른 전압을 인가하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제18항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1 및 제2 나노전극부의 나노구조체 각각에 일방향을 따라 점차적으로 증가되는 전압을 인가하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부의 나노구조체에 인가되는 전압 분포 형태가 상기 디스플레이 패널의 서브 화소에 대응하는 단위로 반복되는 입체 영상 디스플레이 장치.
제15항에 있어서,
상기 제1 나노전극부는 복수의 나노구조체를 포함하고,
상기 제2 나노전극부는 각각이 복수의 나노구조체로 이루어진 복수의 나노전극 그룹을 포함하며,
상기 제1 나노전극부의 복수의 나노구조체와 상기 제2 나노전극부의 복수의 나노전극 그룹 중 일부 나노구조체가 서로 대응하며 지향성 있는 복수의 렌즈 셀을 형성하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제21항에 있어서,
상기 복수의 나노전극 그룹 각각은
상기 제1 나노전극부의 나노구조체 중 하나와 일직선으로 마주하게 배치된 중앙 나노구조체와, 상기 중앙 나노구조체를 주위에서 둘러싼 복수의 나노구조체로 이루어지는 입체 영상 디스플레이 장치.
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 탄소나노튜브, 골드 나노와이어, ZnO 나노와이어, Si 나노와이어 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 입체 영상 디스플레이 장치.
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 나노전극부를 구성하는 나노구조체는 나노월(nano wall) 또는 핀(fin)형태를 갖는 입체 영상 디스플레이 장치.